变压式蒸汽蓄热器的物理特性和应用.docxVIP

变压式蒸汽蓄热器的物理特性和应用 1 过热水时汽热、放热的特性 变压蒸汽蓄热器是蓄热装置系列。它是20世纪70年代开发的一种新型、高效、低能耗设备。 所谓变压式蒸汽蓄热器就是依靠容器内饱和水压力的升降变化，使容器内饱和水焓值相应地变化，从而蓄存或释放热能（蒸汽）的设备。也就是说，利用水的液—汽态转换特性，将蒸汽的热能储存于蓄热器筒体内的水中，使之成为具有一定压力的饱和水，水的焓值提高到与容器内压力相对应的饱和水焓值（蓄热），蓄热终止时，蓄热器内最高压力即为变压范围的上限压力（P1）这一过程称之为蓄热过程；当蓄热器压力下降时，饱和水成为过热水，迅速沸腾而蒸发，由液态变为汽态即为饱和蒸汽，送往用汽单元。此时，水温下降、水位下降、水的焓值降低压力下降，即为变压范围的下限压力（P2），这一过程称之为放热过程。 可见，蒸汽蓄热器是以水为载热体，间接蓄储蒸汽的蓄热装置。而容器中的水既是蒸汽和水进行热交换的传热介质，又是蓄存热能的载热体。 这是因为水的蓄热能力远比蒸汽为大的缘故。在一定的压力下，1千克蒸汽的热焓虽比同一压力同一重量的水大，但是水的重度比蒸汽却大得多，所以单位容积水的热容量比蒸汽要大得多。 为便于对比说明，兹将绝对压力为0.49MPa时干饱和蒸汽和水的热力计算列成表1。 根据水的物理特性可知，饱和水的焓随着压力的提高而减少，因此在充热和放热的压差相等的条件下，水的蓄热能力随放热压力的提高而降低。 蒸汽蓄热器的蓄热量和充热、放热的压差成正比。在相同压差下，蓄热量随着放热压力的提高而降低。即放热压力越低，单位蓄热量越大。 图1表示了充热压力、放热压力、蒸汽发生量三者之间的关系。 可以看到，充热压力越高、放热压力越低、单位容积所产生的蒸汽量就越大。设定充热和放热压力，通过图1就可以获得单位容积蓄热器所能产生的蒸汽量，从而可知所需蓄热器的容积。 由于变压式蒸汽蓄热器特别适用于蓄—放蒸汽量较小、汽量变化频繁的场合，比较接近工矿企业用汽量的变化规律和统计规律。因此，变压式卧式蒸汽蓄热器（见图2）使用得尤为广泛。 尽管这种蓄热器占地面积较大，但由于其具有蒸发面积大、高度低、安装检修方便等突出的优点，一般只要场地面积允许，通常都尽可能采用卧式蓄热器。 2 变压蒸热器的选择 2.1 锅炉运行效率下降 上海重型机器厂真空脱气装置用蒸汽喷射泵抽真空是一个周期性间断峰谷用汽的工艺过程（如图3示）。 从图中可以看到真空装置用汽负荷极不均衡，峰谷波动很大，迫使供汽锅炉的负荷也处于峰谷波动。由于锅炉的蓄热量有限，供汽压力总是随着用汽峰谷的波动而时降时升，导致锅炉的燃烧工况很难稳定，特别是燃料不能完全、充分燃烧，锅炉运行效率下降，且直接影响真空工艺产品的产量和质量。 因此，在热力系统中设置变压式蒸汽蓄热器可以发挥变压式蒸汽蓄热器消除供汽锅炉负荷的峰谷波动，稳定锅炉燃烧工况、稳定供汽压力、提高锅炉运行效率的技术优势，达到节能的效果。 2.2 高压蒸汽蓄热器投运 我厂蒸汽站现有燃煤蒸汽锅炉5台，其中4台10t/h, 1台20t/h，总装机容量为60t/h。锅炉设计压力2.5MPa，目前工作压力为1.6～1.8 MPa，工作温度为204.3～209.8℃。蒸汽站热力系统:5台锅炉的蒸汽管分别接入高压分汽缸；由高压分汽缸分5路对外供汽：A1及A2管Φ219×7送往新真空泵及老真空泵，B管Φ219×7接至第二高压分汽缸（再分四路对外供蒸汽），C管Φ89×4.5送往CO2站；自用蒸汽管Φ57×3.5。 高压蒸汽蓄热器投运前的锅炉运行情况：40t/h容量处于开炉状态，20t/h容量处于备用状态。2007年耗烟煤量10596t, 2008年耗烟煤13948t。 前述，我厂真空脱气装置采用蒸汽喷射泵抽真空，这是周期性间断高峰用汽。目前供汽压力1.2MPa，平均用汽量12～15t/h，瞬间负荷变动很大，达2～38.4t/h，这是造成锅炉运行效率低的主要根源，因此采用蒸汽蓄热器平衡热力系统的负荷波动是有效的节能措施。 2.3 锅炉汽化装置 蒸汽蓄热器具有均衡波动负荷，减少锅炉运行台数的作用和功能。根据我厂热力系统运行状况，决定采用变压式蒸汽蓄热器串联于高压分汽缸与真空泵之间，即锅炉高压蒸汽通过蓄热器供应真空泵，达到目前减少锅炉开炉容量、停运一台锅炉、也就是以30t/h容量运行、保证锅炉燃烧工况和供汽负荷稳定的目的。当真空泵用汽量小时，将锅炉产生的多余的蒸汽储存于蒸汽蓄热器中；当蒸汽喷射真空泵高峰用汽时，蓄热器进行放热，补充锅炉供汽不足。 蒸汽蓄热器参数的确定： 1 mpa类型设定 蓄热器充热压力P1: 锅炉设计压力2.5MPa。目前锅炉运行压力为1.6～1.8 MPa。为了提高蓄热器热力效果，蓄热器的充热压力P1定为2.2 MPa。 蓄热器放热压力P2: 蒸汽喷射泵设计用汽压力